CHIME havaitsi yli 500 nopeaa radiopursketta ensimmäisenä vuonna ja tarjosi uusia vihjeitä niiden aiheuttajista
Kuten pimeä aine ja tumma energia, Nopea radiopurske (FRB) ovat yksi niistä hulluista kosmisista ilmiöistä, jotka edelleen hämmentävät tähtitieteilijöitä. Nämä uskomattoman kirkkaat välähdykset rekisteröityvät vain sähkömagneettisen spektrin radiokaistalle, tapahtuvat äkillisesti ja kestävät vain muutaman millisekunnin ennen kuin ne katoavat jälkiä jättämättä. Tästä johtuen niiden tarkkailu radioteleskoopilla on melko haastavaa ja vaatii erittäin tarkkaa ajoitusta.
Siksi Dominion Radio Astrophysical Observatory (DRAO) Brittiläisessä Kolumbiassa käynnisti Kanadalainen vetyintensiteetin kartoituskoe (CHIME) vuonna 2017. Yhdessä kumppaneidensa kanssa Kansallinen radioastronomian observatorio (NRAO), Massachusetts Institute of Technology (MIT), Perimeter Institute ja useat yliopistot, CHIME havaitsi enemmän kuin 500 FRB:tä ensimmäisenä toimintavuotena (ja yli 1000 toiminnan aloittamisen jälkeen)!
Yhteenvetona totean, että tähtitieteilijät ovat tutkineet FRB:itä vasta vuodesta 2007, jolloin ensimmäinen tapahtuma kerrottiin . Ennen vuoden 2017 puoliväliä, jolloin CHIME aloitti toimintansa, vain noin kaksikymmentä oli havaittu, ja niiden alkuperä on edelleen tuntematon. Sittemmin on kuitenkin opittu, että kosmologiset ilmiöt ovat kaikkialla läsnä, ja tuhansia tapahtumia saapuu Maahan joka päivä taivaan joka kolkasta.
CHIMEn tehtävä
Alun perin suunniteltu vedyn jakautumisen kartoittamiseen suuressa osassa havaittavaa maailmankaikkeutta, mutta CHIME:n uusi suunnittelu tekee siitä myös erittäin tehokkaan FRB:iden tutkimuksessa. Sen lisäksi, että se on paikallaan ilman liikkuvia osia, se on optimoitu suureen 'kartoitusnopeuteen' suuren hetkellisen näkökentän (~200 neliöastetta) ja laajan taajuuspeiton – 400–800 megahertsiä (MHz) ansiosta.
Suurin osa radioastronomiasta suoritetaan suurilla lautasantenneilla, jotka kohdistavat valon taivaan eri osista, mutta CHIME on liikkumaton ja kohdistaa saapuvat signaalit neljään massiiviseen lieriömäiseen radioantenniin. Teleskooppi käyttää myös tehokasta digitaalista signalointiprosessoria (alias korrelaattoria), joka pystyy lajittelemaan tietoja noin 7 terabitin sekunnissa – pieni prosentti maailman Internet-liikenteestä.
Käyttöönottonsa jälkeen CHIME on lähes nelinkertaistanut havaittujen FRB:iden kokonaismäärän. Ensimmäisenä toimintavuotenaan (2018–2019) se havaitsi 535 uutta FRB:tä. Kartoitettuaan ajoituksen ja paikat tutkijat havaitsivat, että purkaukset jakautuivat tasaisesti avaruudessa ja niitä esiintyy noin 800 vuorokaudessa, mikä on tähän mennessä tarkin arvio FRB:iden kokonaismäärästä.
Kuten Kiyoshi Masui, MIT:n jäsen Kavli Astrofysiikan ja avaruustutkimuksen instituutti MIT:n lehdistötiedotteessa selitettiin:
'Se on tavallaan kaunis asia tällä alalla - FRB:itä on todella vaikea nähdä, mutta ne eivät ole harvinaisia. Jos silmäsi näkisivät radiosalamat samalla tavalla kuin kameran salamat, näkisit ne koko ajan, jos katsoisit ylös.'
Taiteilijan näkemys CSIROn Australian SKA Pathfinder (ASKAP) -radioteleskoopista, joka löytää nopean radiopurskeen ja määrittää sen tarkan sijainnin. Optiset KECK-, VLT- ja Gemini South -teleskoopit yhtyivät ASKAPiin seurantahavaintojen kanssa isäntägalaksin kuvaamiseksi. Luotto: CSIRO / Dr Andrew Howells
Uusia tapahtumia ja oivalluksia
Nämä koottiin kaukoputken ensimmäiseen FRB-luetteloon, joka esiteltiin viime viikolla 238. American Astronomical Societyn kokous (AAS), virtuaalinen tapahtuma, joka järjestettiin 7.-9. kesäkuuta. Uusi luettelo laajentaa tunnettujen FRB:iden nykyistä kirjastoa ja tarjoaa jo uusia oivalluksia niiden ominaisuuksista ja mahdollisista syistä. Luettelo kertoo erityisesti tähtitieteilijöille kahden erillisen FRB-luokan välisestä erosta.
Näitä ovat FRB:t, jotka toistuvat, ja ne, jotka ovat kertaluonteisia. Kertaluonteisten purskeiden uskotaan olevan täysin luonnollisia, kun taas toistuvat FRB:t uhmaavat tavanomaista selitystä. Jotkut jopa ajattelevat, että purskeiden toistuminen voisi olla mahdollinen teknosignatuuri – eli osoitus maan ulkopuolisesta älykkyydestä. Tähän mennessä on raportoitu vain 18 FRB:tä, jotka räjähtävät toistuvasti, kun taas loput näyttävät olevan luonteeltaan yksittäisiä.
Toistuvat FRB:t eroavat myös siinä, että ne kestävät hieman pidempään kuin ei-toistuvat ja lähettävät keskittyneempiä radiotaajuuspurskeita. Tämä viittaa siihen, että ne FRB:t, jotka toistuvat, ja ne, joilla ei ole erilaisia mekanismeja ja astrofysikaalisia lähteitä. Tämä on tärkeä askel ratkaistaessa, mikä aiheuttaa nämä arvoituksellinen purkaukset, ja tähtitieteilijät toivovat rakentavansa pian sen varaan.
Kuten Kaitlyn Shin, MIT:n fysiikan laitoksen jatko-opiskelija ja CHIME-yhteistyön jäsen, sanoi äskettäisessä MIT:ssä Lehdistötiedote :
'Ennen CHIMEä löydettiin yhteensä alle 100 FRB:tä; nyt, vuoden havainnoinnin jälkeen, olemme löytäneet satoja lisää. Kaikkien näiden lähteiden avulla voimme todella alkaa saada käsitystä siitä, miltä FRB:t näyttävät kokonaisuutena, mikä astrofysiikka saattaa johtaa näihin tapahtumiin ja kuinka niitä voidaan käyttää universumin tutkimiseen tulevaisuudessa.'
Tämän taiteilijan vaikutelma edustaa nopean radiopurskeen FRB 181112:n polkua, joka matkasi kaukaisesta isäntägalaksista saavuttaakseen maan. Luotto: ESO
Kosmoksen kartoitus
Toinen kaikkien näiden tallennettujen tapahtumien etu on tapa, jolla tähtitieteilijät ja kosmologit voivat saada paremman käsityksen aineen rakenteesta ja jakautumisesta universumissa. Syynä on se, että kun radioaallot kulkevat avaruuden poikki, ne kulkevat pölyn ja kaasun läpi, jotka läpäisevät tähtienvälisen ja galaktisen tilan. Tämä voi vääristää tai hajottaa radioaaltojen ominaisuuksia ja liikerataa, joiden aste voi
Radioaallon levinneisyysaste voi antaa vihjeitä siitä, kuinka paljon kaasua se kulki läpi ja mahdollisesti kuinka pitkän matkan se on kulkenut lähteestään. Masui ja hänen kollegansa mittasivat jokaisesta CHIME:n havaitsemasta 535 FRB:stä hajonnan ja havaitsivat, että useimmat purkaukset olivat todennäköisesti peräisin kaukaisista galakseista. Se tosiasia, että ne olivat riittävän kirkkaita CHIME:n havaitsemiseksi, viittaa siihen, että niiden on täytynyt tuottaa erittäin energisistä lähteistä.
Kun CHIME ja muut radioobservatoriot havaitsevat enemmän FRB:itä, tutkijat toivovat selvittävänsä tarkalleen, minkälainen eksoottinen ja voimakas ilmiö ne aiheuttaa. He toivovat myös voivansa käyttää niitä luodakseen yksityiskohtaisempia karttoja kosmoksesta. Kuten Shin tiivistettynä :
'Jokainen FRB antaa meille tietoa siitä, kuinka pitkälle ne ovat levinneet ja kuinka paljon kaasua ne ovat levinneet. Suurilla FRB-määrillä voimme toivottavasti selvittää, kuinka kaasu ja aine jakautuvat erittäin suuressa mittakaavassa universumissa. Joten sen mysteerin lisäksi, mitä FRB:t itse ovat, FRB:llä on myös jännittävä potentiaali voimakkaina kosmologisina luotainina tulevaisuudessa.'
Tätä tutkimusta tukivat Kanadan innovaatiosäätiö (CFI), Dunlapin tähtitieteen ja astrofysiikan instituutti , Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR), McGill Space Institute (MSI), Trottierin perhesäätiö , ja University of British Columbia (UBC).
Lisälukemista: MIT-uutiset